B. Timbre du son, fréquence fondamentale, harmonique
Le timbre est une façon d’identifier un son unique. En effet, deux sons peuvent avoir la même fréquence et la même intensité, mais ne peuvent pas avoir le même timbre.
On associe souvent le son dit «pur» à une courbe sinusoïdal «parfaite»:

 Représentation graphique d'une onde sinusoïdale dite "son pur"

Cette onde sinusoïdale est appelée onde harmonique, mais aucun instrument ne peut produire un tel son, car, nous pouvons dire que ce son n’a pas de timbre.

• L’élongation notée x l’écart par rapport à la position d’équilibre au temps y. L’unité de longueur est le mètre.

• Une oscillation complète est le mouvement fait par un atome entre deux passages à une, à une même élongation dans le même sens, sur le schéma ci-dessus il est représenté par deux oscillations complètes.

• L’amplitude de l’onde (ou intensité) est ici notée A, elle est définie comme étant l’élongation la plus grande.

• La période notée T de cette onde est le temps mis pour accomplir une oscillation complète. L’unité de temps est la seconde.

• La fréquence d’oscillation f de l’onde (rappel: nombre de vibrations effectuées par seconde, mesuré en hertz): f=1/T.

L’équation de l’élongation de cette onde en fonction du temps est la suivante:

x(T)=A*sin(Wt+F)

W est la pulsation, ou encore w=2p*T=2pn. Elle se mesure en radians par secondes.
F est la constante de déphasage, elle se mesure aussi en radians. Le déphasage ( différence entre leurs phases ) entre deux ondes harmoniques se calcule par la différence de leur constante de déphasage.

Un son que produira le piano possède une fréquence fondamentale auquel on ajoute la fréquence dite «harmonique ».C’est cette dernière qui fait le timbre, en effet une fréquence harmonique est un multiple entier de sa fréquence fondamentale.
Exemples: La note La à la troisième octave a une fréquence de 440Hz, lorsque le piano joue, on entend cette fréquence fondamentale ( autrement dit on reconnaîtra toujours le La quel que soit l’instrument).

Mais on entend aussi et surtout la fréquence harmonique ( multiple de la fondamentale) qui va déterminer si c’est un piano, une guitare ou tout simplement la voix.
Il ne faut pas confondre la fréquence harmonique, et l’onde harmonique, cette dernière est une onde sinusoïdale, et ne caractérise en rien le timbre.